就今日多层共挤复合材料层间结构和厚度的测量与控

多层共挤复合材料层间结构和厚度的测量与控制

一、多层共挤复合材料层间结构和厚度测量和控制的重要性

多层共挤复合的定义指出,多层共挤复合材料具有按照预定次序排列的，有明显界面，结合紧密,厚薄均匀，混成一体的层间结构。该层间结构，是由多层共挤复合成型模具所决定的，各树脂层的厚度是在生产过程中由多种因素共同作用而形成的。但生产过程必然要受到多种因素的影响，即使生产方案预先设计得很好，也会因某些因素发生变化而造成整个生产过程也发生变化，变化最明显最直接的就是影响到多层共挤复合材料厚度和层间结构。共挤复合材料的层数越多，受外界的影响机率就越多，影响的程度就越大。

共挤复合材料的层间结构决定着复合材料的性能。合格的产品，必定是层间结构（树脂品种和层厚及层厚比例）稳定的产品，因此多层共挤复合材料生产过程中，对多层共挤复合材料的层间结构和每层树脂厚度必须进行严格地控制，使之达到生产指令规定的范围。严格控制的前提是在生产过程中随时能够对共挤复合材料的层间结构状况和每层树脂的厚度进行测量，测量结果如出现与生产指令规定的指标发生偏差，控制装置能立即采取措施纠偏，使之回到正确数值上来。这就是对层间结构和厚度测量和控制装置的基本要求。一条生产线必须具备能准确测量和严格控制共挤复合材料层间结构和各树脂层厚度的装置及其有效的控制方法，否则就无法生产出合格的产品。

目前国内外许多共挤复合材料生产设备制造厂家有各种实施方法,本文介绍作者在洛阳春都集团PVDC五层共挤复合流延薄膜生产线上生产实践中所使用的方法。

二、多层共挤复合薄膜层间结构和树脂厚度的测量方法

薄膜厚度测量，包括对薄膜总厚的测量和复合薄膜中各树脂层厚的测量，以及由测量结果得到的它们的分布均匀度，是检查产品生产过程必需做的项目，也是调控生产线运行的依据，没有准确的测量结果，就没有调控的原因，也没有所达到的目标。

厚度测量按测量的场合，可分为在生产线下测量和在生产线线上测量。

1、对薄膜厚度及厚度分布均匀度的测量

薄膜厚度的测量是最容易的测量，测量工具很多，有机械式（千分尺和由其转化而来的数字式显示千分尺），有射线式（X射线，γ射线，β射线和红外线），都能对薄膜单点厚度作到很准确的测量。但仅测量薄膜单点厚度，对评价薄膜厚度状况是远远不够的，还必须要有薄膜厚度分布情况。用这些仪器对薄膜进行逐点测量，可以得到薄膜厚度分布均匀程度。

薄膜厚度分布均匀程度，从薄膜形成的过程，可分为纵向厚度分布均匀度和横向厚度分布均匀度。薄膜的横向分布均匀度是由树脂挤出量和共挤复合模具成形时的均匀性所形成的；薄膜纵向厚度分布均匀度，是由挤出量和纵向牵引均匀性所形成的。测厚仪固定不动，只能测量到薄膜单点的厚度，如果要测量薄膜纵向和横向多点的厚度，就必须让测厚仪对薄膜进行纵向和横向的扫描。为此在生产线上，把测厚仪安装在与薄膜前进方向垂直的扫描架上，测厚仪在扫描架动力的带动下定期巡回对薄膜横向扫描，因测厚仪对薄膜进行横向扫描时，薄膜也在前进，因此测厚仪对薄膜形成“之”字型的逐点扫描，形成对薄膜横向和纵向同时的测量。

生产线下需要对薄膜进行厚度分布均匀度测量时，在整幅薄膜上在垂直薄膜前进的方向划出一条直线，把整幅薄膜宽度分成若干等份，份数越多则得到的均匀度越接近实际。测量每个等份点上薄膜的厚度，然后求出平均厚度和每一点上的厚度与平均厚度之间的偏差，便得到整幅薄膜厚度的分布和最大偏差的数值。这个方法虽然简单，但很可靠，许多发达国家的工厂，至今仍在沿用这一方法。用上述方法只能测量薄膜的横向厚度及分布均匀度，很少用来测量薄膜的纵向厚度和分布均匀度。

2、对多层复合薄膜层间结构和每层厚度的测量

用机械式和射线式测厚仪器只能测量薄膜的整体厚度，无法测量多层复合薄膜的层间结构和各树脂层的厚度。目前测量多层复合薄膜的层间结构和树脂层厚的方法有两种：

①薄膜剖面法：把被测薄膜从横断面剖开，在显微镜下观察薄膜的结构，并用显微镜（光学显微镜和电子显微镜）的尺寸测量系统，测出薄膜总体厚度和每一层树脂的厚度。显微镜如有拍照片的功能，可拍出层间结构图。图1是PVDC五层共挤复合薄膜光学显微镜剖面照片。但剖面法只能得到薄膜的层间结构和每层树脂的厚度，无法测出每层树脂是什么品种。

②近红外线测厚仪：它是利用各种塑料对近红外线不同波段存在吸收差别来测量薄膜整体厚度与各树脂层的塑料品种和层厚。是目前最先进的，功能最齐全的，无损伤塑料品种和厚度的测量仪器。

近红外线测量树脂的品种和在复合薄膜中的层厚的工作原理,是因为每种树脂在近红外线区（波长在1..0μm）都有一个特别突出的吸收波段,即所谓的指纹波段,而对其他波段很少吸收。使用近红外线各波段对复合薄膜进行扫描，从返回的波段的强弱就可知道复合薄膜中含有哪些树脂品种。然后用近红外线中特定的某一树脂的指纹波段和另一个该树脂不吸收或一般吸收的波段作为参比波段，共同射向复合薄膜，依据贝尔吸收定律，把收到的吸收波长和参比波长的信号变化进行比较，能够得到复合薄膜中该种树脂层的厚度。实际使用的近红外线测厚仪器，是一个近红外线全谱发生器，通过一个特殊的旋转滤鼓的过滤，从仪器射出的是所需要的单色波段，设置两个滤鼓，就射出两个所需要的单色波段，即某种树脂的特定波段和参比波段，用于树脂层厚的测量。旋转滤鼓，可以得到不同波段的复式光波，测量不同品种的树脂层厚。图2是用红外线测厚仪测量一个PVDC五层共挤复合薄膜所得到的照片。

3、对薄膜中复合树脂层厚的线上测量

把红外线厚度测量仪安装在与薄膜幅度相匹配的扫描架上，在扫描架动力的带动下，对薄膜进行循回检测，得到薄膜的厚度和各层树脂的厚度。

对某一树脂层厚进行测量，采用该树脂特用的复式光源扫描薄膜，可以测出这种树脂在复合薄膜中层厚。改变复式光源的波段，可以测出复合薄膜中每层树脂层的厚度。这种测厚设备已由美国NDC公司批量生产。如FG-710型测厚仪器，可以测量复合薄膜中PP，PE，EVOH，EVA，PVDC，PA等树脂层的厚度，非常适合多层共挤复万能实验机（汽车配件实验机）的实验软件免费升级换代合薄膜生产线上使用。

许多学者指出近红外线的穿透能力有限，只能用于1000μm以下的薄膜使用。但美国NDC公司声称它的近红外线测厚仪可测到μm。有的专家提出，用红外线难于测量PVDC树脂，建议采用能测量氯原子的低能X射线。这些情况说明在测量多层共挤复合薄膜中PVDC树脂层的厚度的方法，还有待研究。<石棉石棉是离合器衬垫中最早使用的材料/p>

因此目前线上测量薄膜总厚和复合树脂层厚，是非常成熟的技术，有可靠的测厚仪器可供选择和使用，但上测量共挤复合薄膜中PVDC树脂层厚，还要等待测量技术进一步研究和发展。$分页符$

三、我们对PVDC多层共挤复合薄膜各树脂层厚度的控制方法

众所周知，薄膜厚度和均匀程度对薄膜质量有重大影响，对于高阻透性多层共挤复合薄膜，除了薄膜的整体厚度和均匀程度之外，其中所含阻透树脂层的厚度，比如PVDC或EVOH树脂层的厚度，对薄膜性能的影响更大。因此PVDC或EVOH多层共挤复合薄膜生产过程中，必须保证PVDC或EVOH树脂层的厚度达到产品规定的厚度。国外多层共挤复合材料生产设备生产厂家主张采用近红外线测厚仪，可随时测量出薄膜的厚度和所含PVDC或EVOH树脂层的厚度，提供给操作者进行监视和调控。但近红外线对PVDC树脂层厚测量的准确性尚存疑虑，即使可行，近红外测厚仪器巨大的费用也使人却步，因此需要寻找另外更简单，但也同样行之有效的对复合薄膜树脂层厚控制的方法。

1、我们设计控制方法的原理

从塑料薄膜挤出技术可知，生产中薄膜厚度，取决于挤出量，牵引速度，薄膜宽度三个因素。在薄膜宽度不变的条件下（大多数生产线都是这样），薄膜厚度及其各层树脂的厚度，是挤出量和牵引速度的函数。对于PVDC或EVOH多层共挤复合薄膜，也同样遵从这一规律。对薄膜中各层树脂厚度的测量是为了控制各层的厚度，我们设想，如能对薄膜的整体厚度和多层结构中所有树脂层厚度的比例严加控制，即使不测量每层的厚度，也能实现对复合薄膜各层树脂厚度的控制。这就是我们控制方法调剂产业模式的原理。

①把PVDC树脂层厚控制作为控制如何在现有的万能实验机上进行附具扩大从而实现杯突实验就成为制造商或实验者应解决的问题的中心

按照生产线的宽度和生产过程中牵引速度不变的条件下，由复合薄膜结构方案中PVDC树脂层的厚度确定PVDC树脂的挤出速度，即每小时的挤出量，粘合树脂EVA的层厚一般设定为每层μm，因此EVA的挤出量也可以固定，这两个树脂的厚度和挤出量，是复合薄膜层厚控制的基础。

②在（EVA+PVDC+EVA）层厚不变的情况下，对薄膜总厚的调控方法

如果薄膜牵引速度和（EVA+PVDC+EVA）树脂层厚保持不变，薄膜整体厚度发生变化，只有表层和内层树脂层厚发生变化。此时它们影3、长时间不做实验时响电子万能实验机性能及精密度的5个重要因素以下：的挤出量要随着薄膜厚度成正比改变。调整表层和内层树脂的挤出量，就实现了在保持薄膜阻透性能不变情况下对整个薄膜厚度的调整和控制。对于PVDC五层共挤流延薄膜的大部分产品，如美国陶氏化学公司的SARANEX系列中许多产品品种，都可以用这种方法生产出来。

③在PVDC树脂层厚发生变化时的薄膜厚度控制方法

PVDC树脂层厚度发生变化的原因，一是牵引速度发生改变，二是薄膜层间结构发生变化。

在挤出量和层间结构不变的情况下，牵引速度的变化会引起薄膜整体厚度和所有树脂层厚度发生变诱惑公众用最便宜的1个化，但各层树脂厚度的比例会保持不变。这种现象在为了提高薄膜产量时经常发生。调整系统应把所有参加共挤的树脂挤出量随着牵引速度变化的比例调节同样的比例，以保持薄膜厚度和各层树脂厚度不变，调整的结果是薄膜产量提高或降低了同样的比例。

如果薄膜层间结构发生变